JP4949537B2

JP4949537B2 - 軸流ファン

Info

Publication number: JP4949537B2
Application number: JP2011520884A
Authority: JP
Inventors: 玄寺尾
Original assignee: Balmuda Inc
Current assignee: Balmuda Inc
Priority date: 2009-06-28
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: JPWO2011001890A1; EP2469101B1; KR101196493B1; JP5916319B2; AU2010267210B2; CN102227562B; SG177386A1; EP2469101A4; AU2010267210A1; CA2760653A1; JP2014224540A; WO2011001890A1; JP6043761B2; CA2760653C; MY155880A; CN102227562A; BRPI1012266A2; US20120107092A1; HK1163779A1; EP2469101A1

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、扇風機や換気扇、暖房器具など空気を送り出す必要がある機器の送風部の軸流ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的な扇風機などでは、３枚から５枚の羽根を有する軸流ファン、特に図３及び図４に示すような５枚羽根の軸流ファンが多く採用されており、製造上成形が容易なこともあり、この形状には、長年、変化が起こらない状況が続いていた（特許出願されている軸流ファンとしては、特許文献１乃至特許文献４に記載されたようなものもある。）。
【０００３】
この従来型の軸流ファンが発生する風は、直径３０センチメートルの５枚羽根のものを毎分８００回転で回した場合で、軸流ファン正面から３メートル離れた場所で風の面積は直径５０センチメートルと、ほとんど広がりがなかった（後記表４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１４１２８５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１２０５９０号公報
【特許文献３】
特開２００２−２２１１９１号公報
【特許文献４】
特開２００４−０６０４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、例えば扇風機では、一般に首振り機能が付いているように、発生した風を広範囲に送ることが必要とされる場合が多い。また、暖房器具でも、熱を住空間に広げるために送風機が用いられており、この場合も送風範囲が広い方が空間への熱伝達が容易になる。
【０００６】
このように、送風のために軸流ファンを利用した機器の場合、使用時に発生する風の面積が広い方が都合の良い場合が多く見受けられる。例えば、巨大な軸流ファンを回転させれば、面積の大きい風を得ることができるが、これを既存の送風機能を持つ器具の送風部に設置することは、器具の限定された空間の中で、現実的ではない。したがって、軸流ファンの直径を変えることなく、発生する風の広がり、すなわち、風の面積を大きくすることが好ましい。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、外径の大きさを変えることなく、面積が広い風を発生させることができる軸流ファンを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、回転駆動手段の回転軸に取り付けられる回転軸部と、該回転軸部を中心にして放射状に設けられた複数の内側羽根からなる内側羽根群と、該内側羽根群の外側に位置するとともに、前記回転軸部を中心にして放射状に設けられた複数の外側羽根からなる外側羽根群とを備え、前記内側羽根群によって形成される風の速度Ｖ _１と、前記外側羽根群によって形成される風の速度Ｖ ₂ とが、１．５Ｖ ₁ ＜Ｖ ₂ の関係にある軸流ファンを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の軸流ファンにおいて、前記複数の内側羽根の合計面積Ｓ ₁ と、前記複数の外側羽根の合計面積Ｓ ₂ とが、Ｓ ₁ ＜Ｓ ₂ の関係にあることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の軸流ファンにおいて、前記内側羽根群と前記外側羽根群との間に、前記回転軸部を中心とする環状の中間リングが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の軸流ファンにおいて、前記内側羽根の回転方向に対する前縁と前記外側羽根の回転方向に対する前縁がファン正面から見たときに連続しない線となり、前記内側羽根の回転方向に対する後縁と前記外側羽根の回転方向に対する後縁がファン正面から見たときに連続しない線となることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、回転駆動手段の回転軸に取り付けられる回転軸部と、該回転軸部を中心とする環状の中間リングと、前記回転軸部及び前記中間リングを連結する連結部材と、前記中間リングの外側に位置するとともに、前記回転軸部を中心にして放射状に設けられた複数の外側羽根からなる外側羽根群とを備え、前記中間リングの内側から発生する風の速度Ｖ _１と、前記中間リングの外側から発生する風の速度Ｖ ₂ とが、１．５Ｖ _１＜Ｖ ₂ の関係にある軸流ファンを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来型の軸流ファンの風の広がりに比べて、大きい面積となる風を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る軸流ファンの正面図である。
【図２】本発明に係る軸流ファンとモーターの斜視図である。
【図３】従来型の５枚羽根タイプの軸流ファンの正面図である。
【図４】従来型の５枚羽根タイプの軸流ファンの斜視図である。
【図５】本発明に係る軸流ファンの三面図である。
【図６】軸流ファンと軸流ファンを取り付けるためのモーターとその支持装置の説明図である。
【図７】扇風機型モーター支持装置に本発明に係る軸流ファンを取り付けた装置の説明図である。
【図８】扇風機型モーター支持装置に従来型の５枚の羽根で構成される一般的な軸流ファンを取り付けた装置の説明図である。
【図９】軸流ファンの送風範囲を計測する際に使用した計測ポイントの斜視図である。
【図１０】軸流ファンの送風範囲を計測する際に使用した計測ポイントを上から見た図である。
【図１１】本発明に係る中間リングを複数とした場合の軸流ファンの説明図である。
【図１２】本発明に係る軸流ファンを換気扇に取り付けた説明図である。
【図１３】本発明に係る軸流ファンを利用した暖房機の説明図である。
【図１４】従来型５枚羽根の軸流ファンを回転させた時に発生する風の広がりを表した説明図である。
【図１５】本発明に係る軸流ファンを回転させた時に発生する風の広がりを表した図である。
【図１６】従来型の軸流ファンの羽根の形状をそのままに、羽根の枚数を増やした場合の軸流ファンの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[実施例１]
図１、図２及び図５において、１は軸流ファンの回転軸とファンの外周との間に位置する、回転軸と同心円となる中間リングであり、この場合、中間リング１の直径は１７センチメートルとなっている。２は中間リング１の内側羽根であり、それに連なる羽根群を含めて中間リング１の内側の内側羽根群の枚数は５枚となっている。３は中間リング1の外側羽根であり、それに連なる羽根群を含めて、中間リング１の外側の外側羽根群の枚数は９枚となっている。これに、モーター５の回転軸６とネジなどによって結合される軸流ファンの回転軸部４がある。
【００１６】
中間リング１、５枚の内側羽根２からなる内側羽根群、９枚の外側羽根３からなる外側羽根群、及び回転軸部４は、一個のプラスチック成型品として結合しており、直径３０センチメートルの一個の軸流ファン７として回転する。
【００１７】
軸流ファン７は、回転したときに発生する風量を大きくするため、内側羽根群と外側羽根群において、各羽根の面積が大きくなるように設定されている。また、内側羽根群と外側羽根群は、回転したときにそれぞれから発生する風の風速の差が大きくなるよう、すなわち、内側羽根群から発生する風の速度Ｖ_１よりも、外側羽根群から発生する風の速度Ｖ_２が大きくなるように、各羽根の形状と角度が設定されている。
【００１８】
この軸流ファン７を、図６に示すように、モーター５のモーター回転軸６に取り付け、これらを支持する装置８にネジ等で固定することにより、図７に示す扇風機型の送風装置９を用意した。
【００１９】
そして、送風機９の軸流ファン７を毎分８００回転で回転させ、軸流ファン７の正面から１センチメートルの距離で、内側羽根群からの風の発生部となる位置、すなわち回転軸からファンの外周方向に４センチメートル移動した位置１１でその風速を計測し、併せて、外側羽根群からの風の発生部となる位置、すなわち回転軸からファンの外周方向に１０センチメートル移動した位置１２でも風速を計測したところ、表１に示すとおりであった。なお、風速の値は、各位置で１分間継続して計測したときの、その平均値を用いている。
【００２０】
【表１】

【００２１】
また、図３及び図４で表される従来型の５枚の羽根で構成される直径３０センチメートルの一般的な軸流ファン１０を、モーター５のモーター回転軸６に取り付け、これらを支持する装置８にネジ等で固定することにより、図８に示す扇風機型の送風装置１３を用意した。
【００２２】
そして、表１の計測時と同様に、送風機１３の軸流ファン１０を毎分８００回転で回転させ、軸流ファン１０の正面から１センチメートルの距離で、回転軸からファンの外周方向に４センチメートル移動した位置１４でその風速を計測し、併せて、回転軸からファンの外周方向に１０センチメートル移動した位置１５でも風速を計測したところ、表２に示すとおりであった。なお、風速の値は、各位置で１分間継続して計測したときの、その平均値を用いている。
【００２３】
【表２】

【００２４】
表１と表２を比べると、回転軸からファンの外周方向に４センチメートル移動した位置と１０センチメートル移動した位置の風速の違いは、表１の場合１．７４倍、表２の場合で１．３倍となっており、軸流ファン７は、軸流ファン１０に比べて、回転時に軸流ファンの外周付近から発生する風の風速と、回転軸付近から発生する風の風速の差が大きくなっていることがわかる。
【００２５】
次に、送風機９の軸流ファン７の回転軸を水平とし、その高さを地面から６０センチメートルとし、毎分８００回転で回転させた。風の広がりを調べるために、軸流ファン７の回転軸に交わる水平面において、軸流ファン７の正面方向に図９及び図１０で表わされる網目状の計測間隔を設定し、黒点で示す複数の計測ポイント１６を設け、各ポイント１６で風速を計測したところ、表３に示すとおりであった。なお、風速の値は、各位置で２分間継続して計測したときの、その平均値を用いている。
【００２６】
【表３】

【００２７】
一方、送風機１３の軸流ファン１０の回転軸を水平とし、その高さを地面から６０センチメートルとし、毎分８００回転で回転させ、表３の計測時と同様に各ポイント１６で風速を計測したところ、表４に示すとおりであった。なお、風速の値は、各位置で２分間継続して計測したときの、その平均値を用いている。
【００２８】
【表４】

【００２９】
表３と表４を比べると、軸流ファンの直径、回転数が同じにも関わらず、軸流ファン７の方が送風の範囲が大きくなっている。すなわち、軸流ファンを回転させたときに発生する風は、正面から見たときに概ね円形となるので、軸流ファン７から発生する風は、３メートル離れた地点で概ね直径１．５メートルになっており、軸流ファン１０から発生する風は、同位置で概ね直径５０センチメートルになっている。このことから、ファン正面から３メートル離れた位置においては、軸流ファン７は、軸流ファン１０に比べて、約９倍の面積に発達する風を発生させていることがわかる。
【００３０】
以上の結果は、軸流ファンの内側羽根群と外側羽根群の風速比に起因するものと考えられる。
【００３１】
すなわち、軸流ファン１０は、ファンの外周付近から発生する風の風速と、回転軸付近から発生する風の風速の差が少なく、図１４に表すように、穏やかに広がる方向を持つ風を発生させている（同図において、１９はこの風の流れを示す。）。
【００３２】
これに対し、軸流ファン７は、ファンの外周付近から発生する風の風速と、回転軸付近から発生する風の風速の差が大きくなることによって、回転したときに、図５に示すファン正面の至近距離位置の軸付近空間２４とファンの外周付近空間２５において、押し出される空気の量に大きな差が発生し、空気の密度に差が発生することになる。そして、押し出された空気に発生する密度の差により、中間リング１の外側から発生する風は、中間リング１の内側から発生する密度の低い風に引っ張られ、図１５に表すように、内側方向へ巻き込まれていく運動となり、軸流ファン７の正面から近距離の位置３１において風が集まり、風が一カ所に集まった反動によって、その後、風が大きく拡散していく運動に変化している（同図において、３０は内側方向へ巻き込まれていく風の流れを示し、２０は拡散していく風の流れを示す。）。
【００３３】
そして、表１の結果によれば、軸流ファン７の内側羽根群によって形成される風の速度Ｖ_１と外側羽根群によって形成される風の速度Ｖ_２との風速比はＶ_１：Ｖ_２＝１：１．７４の関係になっており、表２の結果によれば、軸流ファン１０の内側部分に形成される風の速度Ｖ _３と外側部分に形成される風の速度Ｖ _４との風速比はＶ _３：Ｖ _４＝１：１．３になっている。これらの結果及びその他の実験結果から総合的に判断して、内側羽根群によって形成される風の速度Ｖ_１と外側羽根群によって形成される風の速度Ｖ_２は、１．５Ｖ_１＜Ｖ_２の関係にあるのが好ましいと思われる。
【００３４】
なお、軸流ファン７では、内側羽根群と外側羽根群のそれぞれの羽根の枚数や角度、形状を、設計意図によって調整することによって、内側羽根群と外側羽根群それぞれから発生する風速の差を調整することができ、その差によって生じる軸流ファン正面から発生する風の方向の変化を意図的に調整することができる。内側羽根群の面積（複数の内側羽根２の合計面積）Ｓ_１と外側羽根群の面積（複数の外側羽根３の合計面積）Ｓ_２については、Ｓ_１＜Ｓ_２の関係になっていることが好ましく、中間リング１の断面は、楕円、翼断面などの他の形状でもよい。
【００３５】
また、軸流ファンから発生する風は、回転数が同じ場合、羽根の面積が大きいほど風量も大きくなるところ、例えば図１６に示すように、軸流ファンの羽根の面積を増やすため、軸流ファン１０の羽根の形状をそのままに枚数を増やした軸流ファン２１とした場合、羽根の付け根部において、軸流ファン正面から見たときの羽根同士の重なり２２ができてしまう。これは、二分割の射出成型金型を使用した場合のアンダーカット部ができてしまうということになり、量産製造を考えると非現実的である。一方、羽根同士が重ならないように羽根の付け根部を細くすると、回転時には羽根の外周に近い部分ほど大きい負荷がかかり、これを細くした付け根部で支持するということになって、強度的に問題が残ってしまう。
【００３６】
これに対し、軸流ファン７は、図１に表すように、内側羽根２の回転方向３６に対する前縁３２と外側羽根３の回転方向３６に対する前縁３３が正面から見たときに連続しない線とし、かつ、内側羽根２の回転方向３６に対する後縁３４と外側羽根３の回転方向３６に対する後縁３５が正面から見たときに連続しない線とし、内側羽根群と外側羽根群を互いに独立した形状とすることができ、例えば外側羽根３の枚数を多くし、外側羽根群の総羽根面積を大きくした場合でも、内側羽根２の枚数を少なくすることができる。したがって、回転軸付近での羽根同士の重なりを排除し、量産時の射出成型を容易にしながら、軸流ファン全体の総羽根面積を大きくすることができ、ひいては、風量の多い風を発生させることができるとともに、３枚羽根よりも５枚羽根の軸流ファンの方が風が優しいと感じるといわれている中、５枚よりも枚数の多い羽根で、さらに優しいと感じられる風を発生することもできる。
【００３７】
さらに、軸流ファン７では、中間リング１自体が軸流ファン全体の物理的強度を増加させることになり、軸流ファンの羽根の総面積を大きくした場合においても、プラスチック射出成型などの一般的な量産方法で製造した場合に十分な強度を持たせることができる。
【００３８】
[実施例２]
前述した構成において、中間リング１は一重でなくてもよく、求める送風範囲や、風の広がり方向や、用途によっては、図１１に示すような中間リング１を複数にした軸流ファン２３とすることもできる。
【００３９】
[実施例３]
前述した構成において、中間リング１の内側と外側のそれぞれの羽根群（内側羽根群及び外側羽根群）は、回転時に風速の差を大きくすることによって、送風範囲の変化などの効果をもたらすものなので、求める送風範囲や、風の広がり方向や、用途によっては、内側羽根群は、例えば羽根形状ではなく中間リングと回転軸部を連結するだけのシャフトのような送風機能がない連結部材とすることもできる。
【００４０】
[実施例４]
前述した構成において、中間リング１の内側と外側のそれぞれの羽根群は、回転時に風速の差を大きくすることによって、送風範囲の変化などの効果をもたらすものなので、求める送風範囲や、風の広がり方向や、用途によっては、内側羽根群は、一個の軸流ファンとして回転したときに外側羽根群と逆方向へ送風する羽根形状のものとすることもできる。
【００４１】
[実施例５]
前述した構成において、中間リング１の直径は、求める送風範囲や、風の広がり方向や、用途によっては、回転軸と軸流ファン外周との間で、大きくしたり小さくしたりと、大きさを異なったものに設定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の軸流ファンは、扇風機や送風機への利用に限定するものではなく、他にも図１２に表すように換気扇１７など、また、図１３に表すように暖房器具１８など、内部に送風機を必要とするあらゆる器具に利用できることはもちろんである。
【００４３】
また、本発明の軸流ファンは、外径を小さくすることによって、例えばコンピューターに内蔵するファンなど、冷却が必要なあらゆる器具に利用することができ、外径を大きくすることによって、例えばビル施設の空調送風機能部など、空気の流れを発生させるためのあらゆる器具、設備に利用することができる。
【００４４】
さらに、本発明の軸流ファンは、流れを発生させる対象を空気に限定せず、ガスや液体など、あらゆる流体を対象とすることができ、例えば水の中で回転させるスクリューなど、流体に流れを発生させるためのあらゆる器具にも利用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１中間リング
２内側羽根
３外側羽根
４回転軸部
５モーター（回転駆動手段）
６モーター回転軸（回転軸）
７軸流ファン
３２（内側羽根の回転方向に対する）前縁
３３（外側羽根の回転方向に対する）前縁
３４（内側羽根の回転方向に対する）後縁
３５（外側羽根の回転方向に対する）後縁

Claims

回転駆動手段の回転軸に取り付けられる回転軸部と、該回転軸部を中心にして放射状に設けられた複数の内側羽根からなる内側羽根群と、該内側羽根群の外側に位置するとともに、前記回転軸部を中心にして放射状に設けられた複数の外側羽根からなる外側羽根群とを備え、前記内側羽根群によって形成される風の速度Ｖ_１と、前記外側羽根群によって形成される風の速度Ｖ₂とが、１．５Ｖ₁＜Ｖ₂の関係にあることを特徴とする軸流ファン。
前記複数の内側羽根の合計面積Ｓ ₁と、前記複数の外側羽根の合計面積Ｓ ₂とが、Ｓ₁＜Ｓ₂の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
前記内側羽根群と前記外側羽根群との間に、前記回転軸部を中心とする環状の中間リングが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流ファン。
前記内側羽根の回転方向に対する前縁と前記外側羽根の回転方向に対する前縁がファン正面から見たときに連続しない線となり、前記内側羽根の回転方向に対する後縁と前記外側羽根の回転方向に対する後縁がファン正面から見たときに連続しない線となることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の軸流ファン。
回転駆動手段の回転軸に取り付けられる回転軸部と、該回転軸部を中心とする環状の中間リングと、前記回転軸部及び前記中間リングを連結する連結部材と、前記中間リングの外側に位置するとともに、前記回転軸部を中心にして放射状に設けられた複数の外側羽根からなる外側羽根群とを備え、前記中間リングの内側から発生する風の速度Ｖ_１と、前記中間リングの外側から発生する風の速度Ｖ_２とが１．５Ｖ_１＜Ｖ_２の関係にあり、その風速の差により拡散する風を生成することを特徴とする軸流ファン。